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《杭州电子科技大学》 2019年
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2μm波段非线性增益光纤激光器的研究

孔玉微  
【摘要】:激光因为其方向性好、亮度高、单色性强等诸多优点,一直被广泛应用于军事、医学、商业等诸多领域。1550 nm激光作为通讯波段,已得到了大量的研究,成熟地运用在各行各业,而2μm波段激光作为对人眼安全的中红外波段激光研究却甚少。2μm波段激光有很强的大气穿透性,可以运用在激光雷达、激光测距和空间光通讯等领域;激光在2lμm波段附近有很强烈的水吸收峰,可以使伤口快速愈合,因此大量地应用在医疗手术中;其次,2μm波段激光可以作为3-5μm等其他中红外波段激光的泵浦光源。获得2μm波段激光的方法有很多种,其中一种是用半导体激光器作为光源泵浦掺杂光纤实现2μm激光的输出,通常掺杂离子有铥(Tm3+)、钬(Ho3+)等;另一种就是基于非线性效应例如四波混频获得中红外波段激光。本文设计研究了几种2μm波段的光纤激光器,利用光纤激光器结构紧凑、性能稳定、价格低廉、操作简单等优点,并结合增益光纤中的非线性效应,实现了宽波段、可调谐的稳定激光输出。首先介绍了光纤激光器的概念、分类、原理和发展历史。简述了光纤中各类非线性效应,重点阐述了 2 μm波段光纤激光器的主要设计方案和研究进展。并概述了各章节的工作安排。接着研究了2 波段可调谐激光源。根据铥元素的性质特点和Tm3+的能级结构图、泵浦方式探究了掺铥光纤的增益谱特性。分析比较了不同光学谐振腔的优缺点,在环形腔的基础上,创新性地设计了基于饱和吸收体的单纵模掺铥光纤激光器,利用饱和吸收体实现了单纵模激光的输出以及使用法布里-珀罗滤波器实现了波长的选择性输出。掺铥激光器实现了波长从1870nm到2040nm跨度170nm的可调谐范围,输出功率为17-44mW,根据测量的光谱、频谱和示波器等数据分析了激光器的稳定性,展示了该激光器的实用性。然后根据2 μm波段激光源,设计了一种基于四波混频效应的多波长掺铥光纤激光器。多波长激光器采用二级掺铥光纤放大器对泵浦激光进行功率放大,将高非线性光纤作为增益光纤,结合四波混频效应,利用改变泵浦光波长实现了波长间距可调、波段范围宽、可应用于光纤通信领域的2 μm波段激光的输出。输出的连续新波长波段范围宽达140nm、波长个数多于100个,在2 μm波段多波长激光器中较少能实现。最后研究了基于脉冲调制的光参量放大器和光参量振荡器。阐述了二者的基本原理和发展应用,根据光参量放大的原理设计了双泵浦光参量放大器。通过理论和实验测量结果的分析,将线型结构接成环形腔,搭建成光参量振荡器。根据色散等因素对非线性效应的影响,选取高掺锗光纤作为增益光纤,首次提出设计了基于脉冲调制的高掺锗光参量振荡器,实现了 2μm波段可调谐、波长范围超过1OOnm的脉冲激光输出。
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN248

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